ICMP就是所谓的Internet控制报文协议(Internet Control Message
Protocol),在网络中,一般用它来传递差错报文以及其他应注意的信息。ICMP一般被认为是和IP协议同一层的协议,IMCP报文通常被IP层或者更高层的协议(如:TCP或者UDP)使用,ICMP对于互联网以及其他基于IP协议的网络的正常运行起着非常重要的作用。有许多重要的网络程序都是基于ICMP协议上的,最为著名如Ping和Tracert等。本文就来介绍用Visual
C#实现基于ICMP协议重要的网络命令Ping的方法。

  Ping命令是可以说是一个”跨平台”程序,这是因为Ping命令不仅存在Windows系统上,在Unix系统上也有Ping命令,其实对其他只要是支持网络的操作系统,一般也都存在该命令。Ping命令的主要作用是检测网络上主机的状态。要是在几年前,我们还可以下如此断言,如果不能Ping通某台主机,那么也就无法Telnet或者FTP到这台主机,但随着互联网的安全意识的增加,出现了访问控制清单的路由器和防火墙,由于ICMP报文是在IP数据包中被传输的,而到达一台主机不仅取决于IP层是否到达,还取决于使用何种协议和端口。譬如金山公司的金山网镖就可以禁止其他机器Ping通这台主机。所以在现在的情况下,即时Ping不通某台机器,但也有可能FTP登陆到这台机器,或者通过HTTP来浏览这台机器上的Web页面。

  一.Ping命令简介

  首先进入Windows系统中的命令提示符,输入”Ping/?”后,单击回车键,您就可以了解Ping命令的各种参数的使用方法。最为常见的使用方法是”Ping
远程计算机名称(或者远程计算机的IP地址)”,如果在Ping命令的返回字符中有”Reply
from”,说明此主机在线,具体如图01:


图01:Ping通主机时的运行界面

  如果返回字符中有”Request
timeout”,一般情况此主机不在线,具体如图02:


图02:Ping不通主机时的运行界面

  二.Ping命令、ICMP报文和IP数据包

  Ping命令基于的是TCP/IP协议簇中的ICMP协议,在编写基于ICMP协议的网络应用程序时,应注意下面二点:

  1. ICMP报文是封装在IP数据包中传输的。

  了解这一点对后面编程非常重要,图03是IP数据包的组成结构图:


图03:IP数据包的组成结构图

  习惯上把IP数据包划分为三个部分:

  (1).IP数据包中的前二十个字节的数据,即图03中从【4位版本】到【32位目的地址IP】,这称为IP首部。

  (2).选项,即图03中的【选项(如果有)】部分。

  (3).数据,即图03中的【数据】部分。

  其中后面二个部分组成的就是ICMP报文。ICMP报文的具体组成结构如图04所示:


图04:ICMP报文组成结构图

  2. ICMP协议没有固定的端口号。

  ICMP协议和其他协议不同,其他协议基本都对应固定的端口号,如HTTP协议是通过80端口号来交换数据的。

  了解上面的二点对后面在Visual
C#实现Ping命令是非常有用的。因为在下面的在编写Visual
C#实现Ping命令的程序中,程序中定义一个名称为”IcmpPacket”类,通过这个类来构造ICMP报文,而定义”IcmpPacket”类依据的就是图03所示的ICMP报文组成结构。同样由于ICMP协议没有对应固定的端口号,这就意味着,编写Visual
C#实现Ping命令中可以随意选择端口号,本文选择的端口号是”30″。

  由于ICMP协议是一个复杂的协议,而本文由于篇幅所限,对ICMP的很多细节,就不能一一介绍,如果你对ICMP协议感兴趣或对上面的介绍的仍然感觉有点模糊,那就请参阅探讨ICMP协议的相关书籍,它们一般介绍的都很详细。
  三.简介Visual C#实现Ping命令使用的类:

  Visual
C#实现Ping命令中涉及到很多的类,其中最重要的是Socket类。这是因为程序中发送含有ICMP报文的IP数据包,接收含有ICMP超时或ICMP会显报文的IP数据包和设定IP数据包中的TTL数值都会使用到Socket类。表01和表02是Socket类中的常用属性和方法及其简要说明。

属性 说明
AddressFamily 获取Socket的地址族。
Available 获取已经从网络接收且可供读取的数据量。
Blocking 获取或设置一个值,该值指示Socket是否处于阻塞模式。
Connected 获取一个值,该值指示Socket是否已连接到远程资源。
Handle 获取Socket的操作系统句柄。
LocalEndPoint 获取本地终结点。
ProtocolType 获取Socket的协议类型。
RemoteEndPoint 获取远程终结点。
SocketType 获取Socket的类型。

         表01:Socket类的常用属性及其说明

方法 说明
Accept 创建新的Socket以处理传入的连接请求。
BeginAccept 开始一个异步请求,以创建新的Socket来接受传入的连接请求。
BeginConnect 开始对网络设备连接的异步请求。
BeginReceive 开始从连接的Socket中异步接收数据。
BeginReceiveFrom 开始从指定网络设备中异步接收数据。
BeginSend 将数据异步发送到连接的
BeginSendTo 向特定远程主机异步发送数据。
Bind 使Socket与一个本地终结点相关联。
Close 强制Socket连接关闭。
Connect 建立到远程设备的连接。
EndAccept 结束异步请求以创建新的Socket来接受传入的连接请求。
EndConnect 结束挂起的异步连接请求。
EndReceive 结束挂起的异步读取。
EndReceiveFrom 结束挂起的、从特定终结点进行异步读取。
EndSend 结束挂起的异步发送。
EndSendTo 结束挂起的、向指定位置进行的异步发送。
GetSocketOption 返回Socket选项的值。
IOControl 为Socket设置低级别操作模式。
Listen 将Socket置于侦听状态。
Poll 确定Socket的状态。
Receive 接收来自连接Socket的数据。
ReceiveFrom 接收数据文报并存储源终结点。
Select 确定一个或多个套接字的状态。
Send 将数据发送到连接的
SendTo 将数据发送到特定终结点。
SetSocketOption 设置Socket选项。
Shutdown 禁用某Socket上的发送和接收。

       表02:Socket类的常用方法及其说明

  其中包含六组异步方法,它们是:
  
  ·BeginAccept和EndAccept
  ·BeginConnect和EndConnect
  ·BeginReceive和EndReceive
  ·BeginReceiveFrom和EndReceiveFrom”
  ·BeginSend和EndSend
  ·BeginSendTo”和”EndSendTo

  其功能分别相当于”Accept”、”Connect”、”Receive”、”ReceiveFrom”、”Send”和”SendTo”方法。

  四.Visual C#实现Ping命令的关键步骤及其解决方法
  根据Ping命令的执行过程,可以把Ping命令分成三个主要的步骤:

  1. 定义ICMP报文。

  2. 客户机发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包。

  3. 客户机接收封装ICMP应答报文的IP数据包。

  解决了上述三个步骤,Visual
C#实现Ping命令就基本可以完成了。下面是这三个步骤的具体的解决方法。

  1. 定义ICMP报文:

  根据图05所示的ICMP报文组成结构,定义了一个类–IcmpPacket类。IcmpPacket类通过实例化就能够得到ICMP报文。下面代码是定义IcmpPacket类:

public class IcmpPacket
{
 private Byte _type ;
 // 类型
 private Byte _subCode ;
 // 代码
 private UInt16 _checkSum ;
 // 校验和
 private UInt16 _identifier ;
 // 识别符
 private UInt16 _sequenceNumber ;
 // 序列号
 private Byte [ ] _data ;
 //选项数据
 public IcmpPacket ( Byte type , Byte subCode , UInt16 checkSum , UInt16 identifier , UInt16 sequenceNumber , int dataSize )
 {
  _type = type ;
  _subCode = subCode ;
  _checkSum = checkSum ;
  _identifier = identifier ;
  _sequenceNumber = sequenceNumber ;
  _data=new Byte [ dataSize ] ;
  //在数据中,写入指定的数据大小
  for ( int i = 0 ; i < dataSize ; i++ )
  {
   //由于选项数据在此命令中并不重要,所以你可以改换任何你喜欢的字符
   _data [ i ] = ( byte )’#’ ;
  }
 }
 public UInt16 CheckSum
 {
  get
  {
   return _checkSum ;
  }
  set
  {
   _checkSum=value ;
  }
 }
 //初始化ICMP报文
 public int CountByte ( Byte [ ] buffer )
 {
  Byte [ ] b_type = new Byte [ 1 ] { _type } ;
  Byte [ ] b_code = new Byte [ 1 ] { _subCode } ;
  Byte [ ] b_cksum = BitConverter.GetBytes ( _checkSum ) ;
  Byte [ ] b_id = BitConverter.GetBytes ( _identifier ) ;
  Byte [ ] b_seq = BitConverter.GetBytes ( _sequenceNumber ) ;
  int i = 0 ;
  Array.Copy ( b_type , 0 , buffer , i , b_type.Length ) ;
  i+= b_type.Length ;
  Array.Copy ( b_code , 0 , buffer , i , b_code.Length ) ;
  i+= b_code.Length ;
  Array.Copy ( b_cksum , 0 , buffer ,i , b_cksum.Length ) ;
  i+= b_cksum.Length ;
  Array.Copy ( b_id , 0 , buffer , i , b_id.Length ) ;
  i+= b_id.Length ;
  Array.Copy ( b_seq , 0 , buffer , i , b_seq.Length ) ;
  i += b_seq.Length ;
  Array.Copy ( _data , 0 , buffer , i , _data.Length ) ;
  i += _data.Length ;
  return i ;
 }
 //将整个ICMP报文信息和数据转化为Byte数据包
 public static UInt16 SumOfCheck ( UInt16 [ ] buffer )
 {
  int cksum = 0 ;
  for ( int i = 0 ; i < buffer.Length ; i++ )
   cksum += ( int ) buffer [ i ] ;
   cksum = ( cksum >> 16 ) + ( cksum & 0xffff ) ;
   cksum += ( cksum >> 16 ) ;
   return ( UInt16 ) ( ~cksum ) ;
 }
}

  下列代码是利用IcmpPacket类来创建ICMP报文:

IcmpPacket packet = new IcmpPacket ( 0 , 0 , 0 , 45 , 0 , 4 ) ;

  此代码定义的ICMP报文中的数据段长度为4个字节,所以整个ICMP报文长度为12个字节(即:8+4),而封装此ICMP报文的IP数据包长度就是32个字节(即:8+4+20)。在后面介绍的程序中,从客户端发送的ICMP会显请求报文的数据长度为4个字节,但从服务器介绍到的数据却是32个字节的原因。

  2. 发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包:

  发送IP数据包首先要创建一个能够发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包Socket实例,然后调用此Socket实例中的”SendTo”方法就可以了。下列代码是创建并初始化一个发送封装ICMP回显请求报文的IP数据包的Socket实例:

Socket socket = new Socket ( AddressFamily.InterNetwork , SocketType.Raw , ProtocolType.Icmp ) ;

  创建初始化Socket实例有三个参数,下面是这些参数的说明:

  第一个参数定义目前网络的寻址方案,目前还是IPV4,所有只有定义为”AddressFamily.InterNetwork”。

  第二个参数定义Socket实例的类型,由于Socket的通讯协议是ICMP,所以选择枚举值”Raw
Socket”。

  第三个参数是定义Socket实例有效的协议类型,由于此Socket实例要传送的是ICMP报文,所以选定枚举值为”ProtocolType.Icmp”。

  3.客户机接收封装ICMP应答报文的IP数据包:

  接收服务器端返回的封装ICMP应答报文的IP数据包只需调用Socket实例中的”ReceiveFrom”方法就可以了,具体可参阅下面介绍的程序实现中的代码。

  五.Visual C#实现Ping命令的设计、调试、运行的软件环境

  (1).微软公司视窗2000服务器版

  (2).Visual Studio .Net正式版,.Net FrameWork SDK版本号3705

  六.Visual C#实现Ping命令的实现步骤

  下面是Visual C#实现Ping命令的具体实现步骤:

  1. 启动Visual Studio .Net。

  2. 选择菜单【文件】|【新建】|【项目】后,弹出【新建项目】对话框。

  3. 将【项目类型】设置为【Visual C#项目】。

  4. 将【模板】设置为【Windows应用程序】。

  5. 在【名称】文本框中输入【Visual C#实现Ping命令】。

  6.
在【位置】的文本框中输入【E:VS.NET项目】,然后单击【确定】按钮,具体如图05所示:

图片 1
图05:【Visual C#实现Ping命令】项目的【新建项目】对话框

  7.
【解决方案资源管理器】窗口中,双击Form1.cs文件,进入Form1.cs文件的编辑界面。

  8.
在Form1.cs文件的开头的导入命名空间的代码区,添加下列代码,下列代码是导入下面程序中使用到的类所在的命名空间:

using System.Net ;
using System.Net.Sockets ;

  9. 把Visual Studio
.Net的当前窗口切换到【Form1.cs(设计)】窗口,并从【工具箱】中的【Windows窗体组件】选项卡中拖入下列组件到设计窗体,并执行相应的操作:

  一个TextBox组件,用来输入进行Ping操作的远程主机名称或IP地址。

  一个ListBox组件,用以显示Ping操作结果。

  一个Label组件。

  一个Button组件,名称为button1,并在它拖入窗体后,双击它,则Visual
Studio .Net会在Form1.cs文件中产生其Click事件对应的处理代码。

  10. 把Visual Studio
.Net的当前窗口切换到Form1.cs的代码编辑窗口,并用下列代码替换Form1.cs中的InitializeComponent过程对应的处理代码:

private void InitializeComponent ( )
{
this.textBox1 = new System.Windows.Forms.TextBox ( ) ;
this.label1 = new System.Windows.Forms.Label ( ) ;
this.listBox1 = new System.Windows.Forms.ListBox ( ) ;
this.button1 = new System.Windows.Forms.Button ( ) ;
this.SuspendLayout ( ) ;
this.textBox1.Location = new System.Drawing.Point ( 116 , 14 ) ;
this.textBox1.Name = "textBox1" ;
this.textBox1.Size = new System.Drawing.Size ( 148 , 21 ) ;
this.textBox1.TabIndex = 0 ;
this.textBox1.Text = "" ;
this.textBox1.TextChanged += new System.EventHandler ( this.textBox1_TextChanged ) ;
this.label1.Location = new System.Drawing.Point ( 12 , 14 ) ;
this.label1.Name = "label1" ;
this.label1.TabIndex = 1 ;
this.label1.Text = "请输入主机名:" ;
this.listBox1.BackColor = System.Drawing.SystemColors.WindowText ;
this.listBox1.ForeColor = System.Drawing.SystemColors.Window ;
this.listBox1.ItemHeight = 12 ;
this.listBox1.Location = new System.Drawing.Point ( 6 , 42 ) ;
this.listBox1.Name = "listBox1" ;
this.listBox1.Size = new System.Drawing.Size ( 400 , 280 ) ;
this.listBox1.TabIndex = 2 ;
this.button1.Location = new System.Drawing.Point ( 274 , 12 ) ;
this.button1.Name = "button1" ;
this.button1.TabIndex = 3 ;
this.button1.Text = "Ping" ;
this.button1.Click += new System.EventHandler ( this.button1_Click ) ;
this.AutoScaleBaseSize = new System.Drawing.Size ( 6 , 14 ) ;
this.ClientSize = new System.Drawing.Size ( 410 , 333 ) ;
this.Controls.AddRange ( new System.Windows.Forms.Control[ ] {
this.button1 ,
this.listBox1 ,
this.label1 ,
this.textBox1 } ) ;
this.MaximizeBox = false ;
this.Name = "Form1" ;
this.Text = "Visual C#实现Ping" ;
this.ResumeLayout ( false ) ;
}

  至此【Visual
C#实现Ping命令】项目的界面设计工作和功能实现的前期准备工作就完成了,设计后的界面如图06所示:


图06:【Visual C#实现Ping命令】项目的设计界面

  11.
用下列代码替换Form1.cs文件中的button1组件的Click事件对应的处理代码,下列代码的作用是创建、发送ICMP报文,实现Ping命令:

Private Void Button1_click ( Object Sender , System.eventargs E )
{
 Listbox1.items.clear ( ) ;
 String Hostclient = Textbox1.text ;
 Int K ;
 For ( K = 0 ; K < 3 ; K++ )
 {
  Socket Socket = New Socket ( Addressfamily.internetwork , Sockettype.raw , Protocoltype.icmp ) ;
  Iphostentry Hostinfo ;
  Try
  {
   //解析主机ip入口
   Hostinfo = Dns.gethostbyname ( Hostclient ) ;
  }
  Catch ( Exception )
  {
   //解析主机名错误。
   Listbox1.items.add ( "没有发现此主机!" ) ;
   Return ;
  }
  // 取服务器端主机的30号端口
  Endpoint Hostpoint = ( Endpoint ) New Ipendpoint ( Hostinfo.addresslist[ 0 ] , 30 ) ;
  Iphostentry Clientinfo ;
  Clientinfo = Dns.gethostbyname ( Hostclient ) ;
  // 取客户机端主机的30端口
  Endpoint Clientpoint = ( Endpoint ) New Ipendpoint ( Clientinfo.addresslist[ 0 ] , 30 ) ;
  //设置icmp报文
  Int Datasize = 4 ; // Icmp数据包大小 ;
  Int Packetsize = Datasize + 8 ;//总报文长度
  Const Int Icmp_echo = 8 ;
  Icmppacket Packet = New Icmppacket ( Icmp_echo , 0 , 0 , 45 , 0 , Datasize ) ;
  Byte [ ] Buffer = New Byte [ Packetsize ] ;
  Int Index = Packet.countbyte ( Buffer ) ;
  //报文出错
  If ( Index != Packetsize )
  {
   Listbox1.items.add ( "报文出现问题!" ) ;
   Return ;
  }
  Int Cksum_buffer_length = ( Int ) Math.ceiling ( ( ( Double )index )/ 2 ) ;
  Uint16 [ ] Cksum_buffer = New Uint16 [ Cksum_buffer_length ] ;
  Int Icmp_header_buffer_index = 0 ;
  For ( Int I = 0 ; I < Cksum_buffer_length ; I++ )
  {
   //将两个byte转化为一个uint16
   Cksum_buffer[ I ] = Bitconverter.touint16 ( Buffer , Icmp_header_buffer_index ) ;
   Icmp_header_buffer_index += 2 ;
  }
  //将校验和保存至报文里
  Packet.checksum = Icmppacket.sumofcheck ( Cksum_buffer ) ;
  // 保存校验和后,再次将报文转化为数据包
  Byte [ ] Senddata = New Byte [ Packetsize ] ;
  Index = Packet.countbyte ( Senddata ) ;
  //报文出错
  If ( Index != Packetsize )
  {
   Listbox1.items.add ( "报文出现问题!" ) ;
   Return ;
  }
  Int Nbytes = 0 ;
  //系统计时开始
  Int Starttime = Environment.tickcount ;
  //发送数据包
  If ( ( Nbytes = Socket.sendto ( Senddata , Packetsize , Socketflags.none , Hostpoint ) ) == -1 )
  {
   Listbox1.items.add ( "无法传送报文!" ) ;
  }
  Byte [ ] Receivedata = New Byte[ 256 ] ; //接收数据
  Nbytes = 0 ;
  Int Timeout = 0 ;
  Int Timeconsume = 0 ;
  While ( True )
  {
   Nbytes = Socket.receivefrom ( Receivedata , 256 , Socketflags.none , Ref Clientpoint ) ;
   If ( Nbytes == -1 )
   {
    Listbox1.items.add ( "主机没有响应!" ) ;
    Break ;
   }
   Else If ( Nbytes > 0 )
   {
    Timeconsume = System.environment.tickcount – Starttime ;
    //得到发送报文到接收报文之间花费的时间
    Listbox1.items.add ( "reply From " + Hostinfo.addresslist[ 0 ].tostring ( ) + " In "
+ Timeconsume + "ms :bytes Received " + Nbytes ) ;

    Break ;
   }
   Timeconsume = Environment.tickcount – Starttime ;
   If ( Timeout > 1000 )
   {
    Listbox1.items.add ( "time Out" ) ;
    Break ;
   }
  }
  //关闭套接字
  Socket.close ( ) ;
 }
}

  12.
在Form1.cs文件中的Main函数之后,添加下列代码,下列代码是在Form1.cs中定义IcmpPacket类,程序是通过此类来构造ICMP报文:

{
 private Byte _type ;
 // 类型
 private Byte _subCode ;
 // 代码
 private UInt16 _checkSum ;
 // 校验和
 private UInt16 _identifier ;
 // 识别符
 private UInt16 _sequenceNumber ;
 // 序列号
 private Byte [ ] _data ;
 //选项数据
 public IcmpPacket ( Byte type , Byte subCode , UInt16 checkSum , UInt16 identifier , UInt16 sequenceNumber , int dataSize )
 {
  _type = type ;
  _subCode = subCode ;
  _checkSum = checkSum ;
  _identifier = identifier ;
  _sequenceNumber = sequenceNumber ;
  _data=new Byte [ dataSize ] ;
  //在数据中,写入指定的数据大小
  for ( int i = 0 ; i < dataSize ; i++ )
  {
   //由于选项数据在此命令中并不重要,所以你可以改换任何你喜欢的字符
   _data [ i ] = ( byte )’#’ ;
  }
 }
 public UInt16 CheckSum
 {
  get
  {
   return _checkSum ;
  }
  set
  {
   _checkSum=value ;
  }
 }
 //初始化ICMP报文
 public int CountByte ( Byte [ ] buffer )
 {
  Byte [ ] b_type = new Byte [ 1 ] { _type } ;
  Byte [ ] b_code = new Byte [ 1 ] { _subCode } ;
  Byte [ ] b_cksum = BitConverter.GetBytes ( _checkSum ) ;
  Byte [ ] b_id = BitConverter.GetBytes ( _identifier ) ;
  Byte [ ] b_seq = BitConverter.GetBytes ( _sequenceNumber ) ;
  int i = 0 ;
  Array.Copy ( b_type , 0 , buffer , i , b_type.Length ) ;
  i+= b_type.Length ;
  Array.Copy ( b_code , 0 , buffer , i , b_code.Length ) ;
  i+= b_code.Length ;
  Array.Copy ( b_cksum , 0 , buffer ,i , b_cksum.Length ) ;
  i+= b_cksum.Length ;
  Array.Copy ( b_id , 0 , buffer , i , b_id.Length ) ;
  i+= b_id.Length ;
  Array.Copy ( b_seq , 0 , buffer , i , b_seq.Length ) ;
  i+= b_seq.Length ;
  Array.Copy ( _data , 0 , buffer , i , _data.Length ) ;
  i+= _data.Length ;
  return i ;
 }
 //将整个ICMP报文信息和数据转化为Byte数据包
 public static UInt16 SumOfCheck ( UInt16 [ ] buffer )
 {
  int cksum = 0 ;
  for ( int i = 0 ; i < buffer.Length ; i++ )
   cksum += ( int ) buffer [ i ] ;
   cksum = ( cksum >> 16 ) + ( cksum & 0xffff ) ;
   cksum += ( cksum >> 16 ) ;
   return ( UInt16 ) ( ~cksum ) ;
 }
}

  13. 至此,在上述步骤都正确完成,并全部保存后,【Visual
C#实现Ping命令】项目的全部工作就完成了。此时单击【F5】快捷键运行程序。在程序的【请输入主机名】文本框中输入远程主机名,这里输入的是互联网主机”WWW.163.com”,单击【Ping】按钮,则程序把Ping操作后的信息显示出来。具体如图07所示:


图06:【Visual C#实现Ping命令】的运行界面

  七.总结

  在运行上述程序时,如果网络状况良好,则ICMP报文发送和返回时间差就很短,”in”后面带的时间就小,这也就是所谓的”离”的”近”;如果网络状况不好,则ICMP报文发送和返回的时间差就长,”in”后面带的时间就大,甚至可能出现timeout,即超时。这表明”离”的”远”。当然如果对方没有开机,也会出现超时情况,所以实际操作要具体情况,具体对待。

  细心的读者可能多次运行此程序的时候,就会发现,第一次发送时所耗时间往往比本程序紧接着的几次大得多。这是程序数据缓存造成的。这也就是说ping命令的第一次数据是不准确的。这种情况不仅在本文中Ping命令中存在,对于Windows系统的Ping也存同样的问题。

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